Einfluss des Schilddrüsenhormons 3,5,3‘-Trijodthyronin auf Vorläuferzellen des enterischen Nervensystems

Abstract

Das Schilddrüsenhormon 3,5,3’ - Trijodthyronin (T3) spielt eine große Rolle bei der Regulierung des Stoffwechsels und bei der Embryonalentwicklung. Vor allem während der Reifung des zentralen Nervensystems kann eine Störung des Schilddrüsenhormonhaushalts schwere bleibende Schäden verursachen. Während der Einfluss auf die Bildung der Nervengewebe im zentralen Nervensystem und in Teilen des peripheren Nervensystems bereits Thema zahlreicher Studien war, sind die Auswirkungen von T3 auf das enterische Nervensystem des Magen-Darm-Trakts (ENS) bis heute nahezu unerforscht. Das primäre Ziel der vorliegenden Doktorarbeit bestand darin, erstmalig mögliche Einflüsse von T3 auf die Entwicklung des ENS zu untersuchen. Zur Gewinnung des hierzu benötigten Zellmaterials wurde eigens die Präparation und die Kultivierung muriner ENS-Vorläuferzellen etabliert. In Kultur bildeten sich hierbei sogenannte Enterosphären; Zellkonstrukte, die ENS-Vorläuferzellen, jedoch auch andere Zellen wie glatte Muskelzellen und Fibroblasten enthalten. Die Enterosphären wurden anhand immunhistochemischer Versuche und durch eine Genexpressionsanalyse charakterisiert. Die Suche zielte auf Gene ab, deren Expression bei Eintritt in die Differenzierungsphase reguliert wird. Es konnten 1333 Gene identifiziert werden, darunter sowohl eine große Anzahl an Faktoren, die für die Aufrechterhaltung des Zellzyklus benötigt werden, als auch Faktoren, die die Differenzierung in die einzelnen Zelltypen wie Neurone, Gliazellen oder Muskelzellen vorantreiben. Ebenso konnten Regulationen in einer größeren Anzahl von Genen gezeigt werden, die essentielle Proteine für die Ausbildung von Synapsen und Neurotransmittern kodieren. Da die Wirkung von T3 mittels Rezeptorbindung erfolgt, wurde im nächsten Schritt mittels RT-PCR analysiert, ob Schilddrüsenhormonrezeptoren in den Zielzellen exprimiert werden. Die Analyse ergab, dass sowohl Tr-Alpha- als auch Tr-Beta- Rezeptortypen in Enterosphären in vitro und in ENS-Geweben in vivo exprimiert werden. Ob T3 einen Einfluss auf Proliferation oder Differenzierung von Enterosphären ausübt, wurde in Zellkulturassays getestet. Es konnte gezeigt werden, dass T3 die Proliferation in Enterosphären hemmt und die Differenzierung neuronaler ENS-Vorläuferzellen beeinflusst: In BrdU-Inkorporationsassays besaßen Enterosphären unter T3-Einfluss eine verminderte Proliferationskapazität, während unter Differenzierungsbedingungen T3 stimulierend auf das Längenwachstum neuraler Zellausläufer wirkte. Mit Hilfe eines Affymetrix Microarray-Genchips wurden im nächsten Schritt die durch T3 ausgelösten Genregulationen analysiert, die möglicherweise verantwortlich für die in den Zellkulturexperimenten beobachteten Effekte sind. Dabei konnte eine Reihe von T3-regulierten Genen identifiziert werden, von denen man weiß, dass sie in der Nervenentwicklung eine Rolle spielen. Von besonderem Interesse waren Gene, die zur Gruppe der Guidance-Moleküle gehören. Einige dieser Gene sind im Zusammenhang mit dem ENS bereits hinreichend charakterisiert, da sie eine wichtige Rolle bei der Embryonalentwicklung spielen und da bekannt ist, dass Mutationen in diesen Genen für Dysganglionosen des Magen-Darm-Trakts verantwortlich sind. Zu diesen Genen zählen Endothelin 3 oder der GDNF-Rezeptor Gfrα3. Die Microarray-Analyse zeigte außerdem die Regulation einer Gruppe von Wnt-Genen, von denen man weiß, dass sie wichtig für die Proliferation der ENS-Zellen sind. Die Regulation durch T3 erfolgte meist entgegengesetzt der Richtung, wie sie in anderen Studien für die Proliferation beschrieben ist. Wnt-Gene könnten damit zumindest am Effekt der durch T3 ausgelösten verringerten Proliferations-Kapazität beteiligt sein. Mit den in dieser Dissertation erzielten Ergebnissen konnten neue Grundlagen für das Verständnis des Ablaufs der ENS-Entwicklung geschaffen werden. Der Einfluss des Schilddrüsenhormons T3 auf Vorläuferzellen des ENS wurde erstmals nachgewiesen. Außerdem konnten durch die Genexpressionsanalysen neue Einblicke in die Genetik der ENS-Entwicklung geschaffen werden.